别光坐在那儿!构建的东西! ! |
学习数学分析电路需要大量的研究和实践。通常,学生通过练习大量的样例问题,并对照课本或老师提供的答案进行检查。虽然这很好,但还有更好的方法。
事实上,你会学到更多构建和分析真实电路,让您的测试设备提供“答案”,而不是书本或其他人。要成功进行回路构建练习,请执行以下步骤:
避免使用741型运放,除非你想挑战你的电路设计技能。有更多的通用运放模型通常可供初学者。我推荐LM324用于直流和低频交流电路,以及TL082,用于涉及音频或更高频率的交流项目。
像往常一样,避免非常高和非常低的电阻值,以避免仪表“负载”引起的测量误差。我建议电阻值在1 k之间Ω 和100KΩ.
节省时间和减少出错可能性的一种方法是,从一个非常简单的电路开始,在每次分析后逐步添加元件以增加其复杂性,而不是为每个练习问题构建一个全新的电路。另一种节省时间的技术是在各种不同的电路配置中重复使用相同的组件。这样,您就不必多次测量任何组件的值。
让电子自己给你自己的“实践问题”答案吧!
根据我的经验,学生需要大量的电路分析练习才能熟练掌握。为此,教师通常会为学生提供大量的练习问题,让他们解决,并为学生提供答案,让他们对照自己的作业进行检查。虽然这种方法使学生精通电路理论,但却未能充分教育他们。
学生不仅仅需要数学练习。他们还需要实际动手实践构建电路和使用测试设备。因此,我建议以下替代方法:学生应该构建他们自己的“实践问题”与实际组件,并试图数学预测各种电压和电流值。通过这种方式,数学理论“活了起来”,学生们获得了他们仅仅通过解方程无法获得的实践技能。
遵循这种练习方法的另一个原因是教学生科学方法:通过进行真实实验来检验假设(在本例中为数学预测)的过程。学生还将培养真正的故障排除技能,因为他们偶尔会出现电路构造错误。
在开始构建电路之前,花一些时间与全班同学一起复习一些构建电路的“规则”。与学生以通常讨论工作表问题的苏格拉底式方式讨论这些问题,而不是简单地告诉他们应该做什么和不应该做什么。当以典型的讲座(讲师独白)形式呈现时,学生们对指导的理解是多么糟糕,我对此从未停止过惊讶!
对于那些可能会抱怨“浪费”时间让学生构建真实电路而不仅仅是数学分析理论电路的教师,请注意:
学生参加你的课程的目的是什么?
如果你的学生将使用真实电路,那么他们应该尽可能学习真实电路。如果你的目标是培养理论物理学家,那么一定要坚持抽象分析!但我们中的大多数人都计划让学生在现实世界中通过我们给他们的教育做一些事情。当他们将知识应用于实际问题时,花在构建真实电路上的“浪费”时间将带来巨大的回报。lol亚博对ig
此外,让学生构建自己的实践问题可以教会他们如何执行初步研究,从而使他们能够自主地继续电气/电子教育。yabosports官网lol亚博对ig
在大多数科学中,现实的实验比电路要困难得多,也要昂贵得多。核物理、生物学、地质学和化学教授们都希望能够让他们的学生将高等数学应用到真正的实验中,而这些实验不会造成安全隐患,而且成本低于一本教科书。他们不能,但你可以。利用你的科学固有的便利性,以及让你的学生在许多真实的电路上练习数学!
这是一个非常常见的opamp振荡器电路,从技术上讲是放松类型:
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解释该电路的工作原理,以及在A点和B点测量的波形。确保参考RC时间常数在你的解释中。
您将在a点测量锯齿状波形,在B点测量方波。
挑战问题:根据您对RC时间常数电路的了解,解释如何计算此类电路的频率。为简单起见,假设opamp可以将其输出轨切换到轨。
通过构建和测试可以更好地理解该电路。如果在电容器的电流路径中使用大电容值和/或大电阻值,振荡将足够慢,可以用电压表而不是示波器进行分析。
假设该电路中的比较器仅能将其输出“摆动”到其供电轨电压的1伏以内。根据所示的电阻值,计算上限和下限阈值电压:
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五、美国犹他州=V书信电报=
用于解释和对比负反馈与正反馈的一个类比是放置在山顶或山谷上的圆形石头:
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在这些场景中,石头的稳定性代表了特定类型电反馈系统的稳定性。以下哪种情况代表负面反馈,哪种情况代表正面反馈,为什么?
山谷代表负反馈,而山丘代表正反馈。
我发现这个简单的类比在向学生解释反馈系统时最有帮助,因为每个系统的行为都是直观的。
一名学生打算连接一个TL082运算放大器作为电压跟随器,以“跟随”电位计产生的电压,但在试验板接线中出错:
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绘制该故障电路的示意图,并确定电压表的指示是什么,并解释其原因。
电路示意图,如接线所示:
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输出电压将饱和在大约11伏,或-11伏,与电位器有很少或没有影响。
请学生描述此回路中显示的反馈类型。这种类型的反馈如何影响opamp的行为?opamp有可能像这样连接的电压跟随器一样工作吗?
确定该比较器电路的“跳闸”电压:opamp输出状态从完全正变为完全负或相反的输入电压值:
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现在,如果输出通过电阻器反馈到同相输入,你认为会发生什么?你的回答必须是定性的,而不是定量的:
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供您参考,此电路配置通常称为施密特触发器.
如果没有反馈电阻器,“跳闸”电压将为9.21伏。反馈电阻器就位后,“跳闸”电压将根据运算放大器输出的状态而变化!
后续问题:描述此变化的“跳闸”电压值将对比较器电路的操作产生什么影响。
施密特触发电路因其在有噪声输入信号的情况下“干净地”改变状态的能力而广受欢迎。在这个问题上,我有意避免使用数值计算,这样学生们就可以集中精力解决这个问题概念正反馈的作用以及它对电路的影响。
在该电路中,比较器用作高风速警报,每当风速超过预设的警报点时,就会触发音频提示音:
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该电路可以很好地警告高风速,但当风速刚好接近阈值水平时,每一次小阵风都会导致警报短暂响起,然后再次关闭。最好是在设定的风速下发出警报,然后呆在直到风速降至大大低于阈值(例如:60 km/h时报警,50 km/h时复位)。
一位经验丰富的电子技术人员决定yabosports官网通过添加两个电阻器将此功能添加到电路中:
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解释为什么此电路更改可以解决此问题。
添加的电阻器提供积极反馈至运算放大器电路,使其显示滞后。
挑战问题:假设您希望增加报警阈值上限和下限之间的差距。要完成此调整,您需要改变什么电阻值?
opamp电路中正反馈的实用说明。这里有很多要讨论的,甚至超出了正面反馈的直接范围。以振荡器电路和开/关控制晶体管为例。复习时,请学生解释这两个电路部分是如何工作的。
假设该电路中的比较器能够完全“摆动”其输出。根据所示的电阻值,计算上限和下限阈值电压:
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五、美国犹他州=V书信电报=
五、美国犹他州=8伏
五、书信电报=-8伏
挑战性问题:您建议我们如何改变电路,使阈值电压分别为6伏和-6伏?
请您的学生解释术语“上阈值”和“下阈值”是什么意思,关于输入电压在这样的电路中。
假设该电路中的比较器仅能将其输出“摆动”到其供电轨电压的1伏以内。根据所示的电阻值,计算上限和下限阈值电压:
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五、美国犹他州=V书信电报=
五、美国犹他州=4.087伏
五、书信电报=-4.087伏
由于许多运算放大器和比较器无法实现轨到轨的输出摆动,这个问题非常现实。
假设该电路中的比较器仅能将其输出“摆动”到其供电轨电压的1伏以内。根据所示的电阻值,计算上限和下限阈值电压:
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五、美国犹他州=V书信电报=
五、美国犹他州=10.29伏
五、书信电报=-10.29伏
挑战性问题:您建议我们如何更改电路,使其阈值电压集中在某个电压值(而非零)附近?
由于许多运算放大器和比较器无法实现轨到轨的输出摆动,这个问题非常现实。
具有正反馈的比较器有时被称为施密特触发器.假设您正在构建的电路需要施密特触发器,但没有更多的集成电路比较器或运算放大器可使用。所有你可以得到的是离散组件。有没有什么方法你能想到修改下列离散晶体管差分对,使它作为施密特触发器的行为?
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让学生确定施密特触发电路是反相还是非反相。让他们一步一步地解释他们的推理。
作者Paul Horowitz和Winfield Hill在他们的书中
电子学的艺术yabosports官网,说Q1.的集电极电阻必须大于Q2.的集电极电阻,以使该电路正常工作(第232页,第二版)。
积极乐观的或再生的反馈是所有振荡器电路的基本特性。那么,为什么利用正反馈的比较电路不振荡呢?带正反馈的比较电路的输出简单地饱和到它的两个轨道电压值中的一个,而不是振荡。解释这一点。
振荡器电路中使用的正反馈总是相移的o,而用于比较器电路的正反馈完全没有相移,是直接耦合的。
这是一个具有挑战性的问题,可能不适合所有学生。基本上,我想让学生们在这里做的是仔细思考在比较器电路中使用的正反馈的性质,而不是在振荡器电路中使用的正反馈。如果学生仅仅记住了“正反馈导致振荡”的概念,他们将无法理解这个问题中的问题,更不用说理解给定的答案了。